package demo_0320;

import java.util.Stack;

public class Sort {
    //交换
    private static void swap(int[] arr, int i, int j) {
        int tmp = arr[i];
        arr[i] = arr[j];
        arr[j] = tmp;
    }
    /**
     * 插入排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void InsertSort(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= 0; j--) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j + 1] = arr[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            arr[j + 1] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 希尔排序
     * 时间复杂度：O(N^1.3)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void shellSort(int[] arr){
        int gap = arr.length;
        while (gap > 1) {
            gap /= 2;
            shell(arr,gap);
        }
    }
    private static void shell(int[] arr, int gap) {
        for (int i = gap; i < arr.length; i++) {
            int j = i - gap;
            int tmp = arr[i];
            for (; j > 0; j -= gap) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j + gap] = arr[j];
                }else {
                    break;
                }
            }
            arr[j+ gap] = tmp;
        }
    }


    /**
     * 选择排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     */
    public static void SelectSort1(int[] arr) {
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            int minIndex = i;
            for (int j = i + 1; j < arr.length; j++) {
                if (arr[j] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = j;
                }
            }
            swap(arr,i,minIndex);
        }
    }
    public static void SelectSort2(int[] arr){
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        while(left < right) {
            int minIndex = left;
            int maxIndex = left;
            for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
                if (arr[i] < arr[minIndex]) {
                    minIndex = i;
                }
                if (arr[i] > arr[maxIndex]) {
                    maxIndex = i;
                }
            }
            swap(arr,minIndex,left);
            if (maxIndex == left) {
                maxIndex = minIndex;
            }
            swap(arr,maxIndex,right);
            left++;
            right--;
        }
    }

    /**
     * 堆排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：不稳定
     * */
    public static void heapSort(int[] arr){
       creatHeap(arr);
       int end = arr.length - 1;
       while (end > 0) {
           swap(arr,0,end);
           siftDown(arr,0,end);
           end--;

       }
    }
    private static void creatHeap (int[] arr) {
        for (int parent = (arr.length - 1 - 1) / 2; parent >= 0; parent--) {
            siftDown(arr,parent, arr.length);
        }
    }
    private static void siftDown(int[] arr, int partent, int end) {
        int child = partent * 2 + 1;
        while (child < end) {
            if (child + 1 < end && arr[child + 1] > arr[child]) {
                child++;
            }
            if (arr[child] > arr[partent]) {
                swap(arr,child,partent);
                partent = child;
                child = partent * 2 + 1;
            } else {
                break;
            }
        }
    }

    /**
     * 冒泡排序
     * 时间复杂度：O(N^2)
     * 空间复杂度：O(1)
     * 稳定性：稳定
     */
    public static void bubbleSort(int[] arr){
        for (int i = 0; i < arr.length - 1; i++) {
            boolean flg = false;        //假设有序
            for (int j = 0; j < arr.length - 1 - i; j++) {
                if (arr[j] > arr[j + 1]) {
                    swap(arr,j,j + 1);
                    flg = true;
                }
            }            //一趟下来没有交换，说明有序
            if (!flg) {
                break;
            }
        }
    }


    /**
     * 快速排序
     * 时间复杂度：最好情况O(N*logN) 最坏情况O(N^2)
     * 空间复杂度：最优情况O(logN) 最坏情况O(N)
     *  稳定性：不稳定
     */

    public static void quicksort(int[] arr) {
        quick(arr,0, arr.length - 1);
    }
    //递归实现快速排序
    private static void quick(int[] arr, int left, int right) {
        if (!(left < right)) return;

        //优化
        //小区间用插入排序
        if (right - left + 1 <= 10) {
            InsertSortRange(arr, left, right);
            return;
        }
        //三数取中
        int index = midofThree(arr,left,right);
        swap(arr,index,left);//交换令首个为中间值


        int pivot = partition(arr,left,right);
        quick(arr,left,pivot - 1);
        quick(arr,pivot + 1, right);
    }

    private static void InsertSortRange(int[] arr, int left, int right) {
        for (int i = left + 1; i <= right; i++) {
            int tmp = arr[i];
            int j = i - 1;
            for (; j >= left; j--) {
                if (arr[j] > tmp) {
                    arr[j + 1] = arr[j];
                } else {
                    break;
                }
            }
            arr[j + 1] = tmp;
        }
    }

    private static int midofThree(int[] arr, int left, int right) {
        int mid = (left + right) / 2;
        if (arr[left] < arr[right]) {
            if (arr[mid] < arr[left]) {
                return left;
            }            //arr[mid] > arr[left]
            else if (arr[mid] > arr[right]) {
                return right;
            }            //arr[mid] < arr[right]
            else {
                return mid;
            }
        }            //arr[left] > arr[right]
        else {
            if (arr[mid] < arr[right]) {
                return right;
            }            //arr[mid] > arr[right]
            else if (arr[mid] > arr[left]) {
                return left;
            }            //arr[mid] < arr[left]
            else {
                return mid;
            }
        }
    }
    //Hoare法
    private static int partition(int[] arr, int left, int right) {
//        int pivot = left ;
        int key = arr[left];
        int pivot = left;
        while (left < right) {
            //找小
            while (left < right && arr[right] >= arr[pivot]) {
                right--;
            }
            //找大
            while (left < right && arr[left] <= arr[pivot]) {
                left++;
            }
            //交换
            swap(arr,left,right);
        }
        swap(arr,left,pivot);
        return left;
    }
    //挖坑法
    private static int partition2(int[] arr, int left, int right) {
        int tmp = arr[left];
        while(left < right) {
            while (left < right && arr[right] > tmp) {
                right--;
            }
            arr[left] = arr[right];
            while (left < right && arr[left] < tmp) {
                left++;
            }
            arr[right] = arr[left];
        }
        arr[left] = tmp;
        return left;
    }
    //前后指针法
    private static int partition3(int[] arr, int left, int right) {
        int prev = left;
        int cur = left + 1;
        while (cur <= right) {
            if (arr[cur] < arr[left] && arr[++prev] != arr[cur]) {
                swap(arr,prev,cur);
            }
            cur++;
        }
        swap(arr,prev,left);
        return prev;
    }


    //快速排序的非递归实现
    public static void quickSortNor (int[] arr) {
        Stack<Integer> stack = new Stack<>();
        int left = 0;
        int right = arr.length - 1;
        int pivot = partition(arr,left,right);
        if (pivot - 1 > left) {
            stack.push(left);
            stack.push(pivot - 1);
        }
        if (pivot + 1 < right) {
            stack.push(pivot + 1);
            stack.push(right);
        }
        while (!stack.isEmpty()) {
            right = stack.pop();
            left = stack.pop();
            pivot = partition(arr,right,left);
            if (pivot - 1 > left) {
                stack.push(left);
                stack.push(pivot - 1);
            }
            if (pivot + 1 < right) {
                stack.push(pivot + 1);
                stack.push(right);
            }
        }
    }


    /**
     * 归并排序
     * 时间复杂度：O(N*logN)
     * 空间复杂度：O(N)
     * 稳定性：稳定
     */
    public  static void mergeSort(int[] arr) {
        mergeSortFunc(arr, 0, arr.length - 1);
    }
    //递归实现
    private static void mergeSortFunc(int[] arr, int left, int right) {
        if (!(left < right)) return;
        int mid = (left + right) / 2;
        mergeSortFunc(arr,left, mid);
        mergeSortFunc(arr,mid + 1, right);
        merge(arr, left, right, mid);
    }
    private static void merge(int[] arr, int left, int right, int mid) {
        int start1 = left;
        int start2 = mid + 1;
        int[] tmp = new int[right - left + 1];
        int index = 0;
        while (start1 <= mid && start2 <= right) {
            if (arr[start1] <= arr[start2]) {
                tmp[index++] = arr[start1++];
            } else {
                tmp[index++] = arr[start2++];
            }
        }
        while (start1 <= mid) {
            tmp[index++] = arr[start1++];
        }
        while (start2 <= mid) {
            tmp[index++] = arr[start2++];
        }

        //拷贝到原数组中，注意下标（因为是分开的，所以要加上left）
        for (int i = 0; i < tmp.length; i++) {
            arr[left + i] = tmp[i];
        }
    }
    //非递归实现
    public static void mergeSortNor(int[] arr) {
        int gap = 1;  //一个一组排
        while (gap < arr.length) {
            for (int i = 0; i < arr.length; i += gap * 2) {
                int left = i;
                int mid = left + gap - 1;
                int right = mid + gap;

                //边界问题处理，避免越界
                if (mid >= arr.length) {
                    mid = arr.length - 1;
                }
                if (right >= arr.length) {
                    right = arr.length - 1;
                }

                //排序
                merge(arr, left, right, mid);
            }
            gap *= 2; // 扩大一组中的元素个数
        }
    }


    /**
     * 时间复杂度：
     * O(N+范围)
     * 空间复杂度：O(范围)
     * 稳定性：
     * 计数排序 和 你给定的 范围有关系
     */
    public static void countSort(int[] arr) {
        int minVal = arr[0];
        int maxVal = arr[0];
        //1、求当前数组的最大值  和  最小值
        for (int i = 1; i < arr.length; i++) {
            if(arr[i] < minVal) {
                minVal = arr[i];
            }
            if(arr[i] > maxVal) {
                maxVal = arr[i];
            }
        }
        //2.跟进最大值 和 最小值 来确定数组的大小
        int[] count = new int[maxVal-minVal+1];

        //3、遍历原来的数组 开始计数
        for (int i = 0; i < arr.length; i++) {
            count[arr[i]-minVal]++;
        }

        //4、遍历计数cout 把 当前元素 写回 array
        int index = 0;//重新表示array数组的下标
        for (int i = 0; i < count.length; i++) {
            while (count[i] > 0) {
                arr[index] = i+minVal;
                index++;
                count[i]--;
            }
        }
    }
}
